CN1218370C - 热处理装置 - Google Patents
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Abstract
利用将对处理炉(2)进行排气的排气系统(15)内的排气压力作为与大气压的差压而进行检测的差压计(23)、和作为绝对压力检测大气压的气压计(31)，将排气压力作为绝对压力而检测。根据检测的绝对排气压力，调节压力可变阀(25)的开度，由此来调整处理炉(2)内的压力。
Description
技术领域
本发明涉及热处理装置，特别是涉及处理炉内的压力控制技术。
背景技术
在半导体装置的制造过程中，作为热处理的一种，有在半导体晶片表面上，形成氧化膜的氧化处理工序。作为氧化处理的一种方法，有在处理炉内，在给定的处理温度下，使半导体晶片与水蒸气接触，进行氧化(湿式氧化)的方法。用于进行湿式氧化处理的装置，在日本国特许公报特开昭63-210501号中作了说明。该装置在处理炉的外部具有使氢气和氧气反应，生成水蒸气的燃烧装置，将由该燃烧装置产生的水蒸气供给处理炉内进行热处理。
在这种热处理装置中，有一种具有与微减压工厂排气系统连接的排气系统。在这种热处理装置中，为了在给定的压力下使处理炉内排气，在排气系统中设有利用蝶阀方式或步进电机和弹簧调整阀的开度的方式的排气压控制阀。排气系统内的排气压力，可根据装在排气系统中的差压计检测的压力，通过调整控制阀的开度来达到。
但是，在排气压控制阀为蝶阀方式的情况下，水蒸气结露，在阀和管之间形成水膜，容易使阀开度的控制不稳定。为了避免这点，需要在阀前后设置大气导入口。另外，在排气控制阀为用步进电机和弹簧调整阀开度方式的情况下，为了使阀的动作平稳并进行稳定的压力控制，需要将惰性气体导入阀中，使结构复杂。
另外，当只根据差压计的检测结果，进行阀开度的控制，在由于天气变化造成大气压变动时，处理炉内的压力也变动。由于这样，成膜的氧化膜厚度产生偏差。近年来，要求形成非常薄的膜，而且膜厚偏差的容许幅度减小。因此，以前不成为问题的膜厚偏差变成了问题。
另外，差压计是测定微小差压用的，并不调整零点。因此，在长期使用的情况下，难以维持测量精度。
发明内容
本发明是考虑上述问题而提出的，其目的是要提供一种结构简单，而且可得到长期的膜厚再现性的热处理装置。
为了达到上述目的，本发明提供了一种热处理装置，它具有放置被处理体的处理炉；
将处理气体供给上述处理炉内的处理气体供给系统；
加热上述处理炉的加热器；
具有排出上述处理炉内的气体的排气通路的排气系统；
调节上述排气通路内的排气压力的排气压力调节装置；
检测上述排气通路内的排气压力与大气压的差压的差压计；
作为绝对压力检测上述大气压的气压计；和
根据作为由上述差压计检测的排气压力和由上述气压计检测的大气压得出的绝对压力的排气压力，控制上述排气压力调节装置的控制部。
作为排气压力调节装置，优选使用压力可变阀。
排气通路与微减压的工厂排气系统连接时，优选在上述排气通路中设置喷射器。
另外，上述排气压力调整装置包含喷射器和调整供给上述喷射器的工作气体流量的调节器。
附图说明
图1为表示构成本发明的热处理装置的第一实施方式的图。
图2为概略地表示压力可变阀的结构的图。
图3为表示喷射器的结构的图。
图4为表示本发明的热处理装置的第二实施方式的图。
具体实施方式
以下，根据附图来详细说明本发明的实施方式。
在图1中，标号1表示适合于热氧化处理而构成的热处理装置。热处理装置1具有纵型批量式的处理炉2。在将半导体晶片W放入处理炉2内以后，将处理气体导入处理炉2内，在850℃左右的高温下进行热氧化处理。作为进行热氧化处理时的处理气体，可以使用含有水分的气体(例如，水蒸气或水蒸气与氯化氢气的混合气体)和可在处理炉2内反应，生成水分的气体(例如，氯化氢气和氧气的混合气体)。处理炉2具有上端闭塞、下端开放的纵长圆筒形的、有耐热性的石英制的处理容器(反应管)3；和设置在处理容器3周围，可以将处理容器3内部加热到给定温度、例如300～1000℃左右的加热器4。图1中，处理容器3作成双重管结构，然而单管结构也可以。
处理容器3具有作为炉口开放的下端开口5。下端开口5用盖6气密地封闭。石英制的螺杆7通过炉口绝热装置，例如保温筒8安放在盖6上。螺杆7在上下方向以一定的间隔，使多块例如150块左右的半导体晶片W保持水平。盖6可由升降机构9升降。
在处理炉2的下方，设有作为作业区域的装载区域10。在装载区域10中，可将螺杆7放置在盖6上，或将螺杆7从盖6上取下。
在处理容器3的下部，作出多个气体导入口11(图1中只表示了1个)。从气体导入口11导入处理容器3内的气体，通过处理容器3的外管和内管之间的气体通路12，送入处理容器3的顶部，再从该处导入处理容器3的内管内。
作为处理气体供给装置，使H2气和O2气反应而生成H2O(水蒸气)的水蒸气发生装置13，与气体导入口11中的一个口连接。供给其他处理气体，例如NO气体，CO2气体，HCl气体或惰性气体、例如N2等的气体供给源，分别与图中没有示出的其他气体导入口连接(图中没有示出)。水蒸气发生装置13由于是利用触媒反应，使氢和氧反应，产生水蒸气的，因此，与现有的外部燃烧装置比较，反应温度低，可得到没有颗粒或无污染的高纯度的水蒸气。
在处理容器3的下部，作出用于使处理容器3内排气的排气口14。排气系统15与排气口14连接。排气系统15由多个排气通路构成部件构成。在排气通路构成部件中包含下降管路17，由特氟隆(注册商标)制的导管18，从导管18向上立起的水冷式的凝缩用管路19和排气管16。这些管路依次与排气口14连接。排水管20与导管18的底部连接，在排水管20上依次安装排水箱21，空气压力控制式的阀22。在凝缩用管道19内，凝缩的排气中的水分，沿导管18下降，在适当的时候由排水管20排出。
在导管18中安装检测排气系统15内的排气压力与大气压力的差压的差压计23。作为差压计23，可以使用检测范围为±13.3kPa(±100Torr)，输出与检测值对应的0-10V电压的差压计。差压计23具有安装变形传感器(图中没有示出)的膜片24，该变形传感器检测变形量，并作为电量(电压)输出。在膜片24的一个表面上，有排气系统15内的排气压力作用，在另一个表面上，有大气压力作用。
通过打开盖6使处理容器3的内部向大气开放，可以调整差压计23的零点。当关闭后述的压力可变阀25和开闭阀30，而且打开盖6，使处理容器3的内部向大气开放时，膜片24的两侧成为大气压。这时，如果正常调整差压计23，则输出5V。这样，仅察看差压计的输出，即可容易判断差压计23是否正常。另外，如果差压计的输出偏离5V，则可抓住设在差压计23上的输出调整旋钮(图中没有示出)，将差压计23的输出调整成5V，即可以调整差压计23的零点(校正)。这样，通过使差压计23具有零点调整功能，可以长期地进行可靠性高的压力测量。
排气管16优选由耐腐蚀的材料(例如特氟隆(注册商标))制成。排气管16的下游与工厂排气系统的排气导管连接。工厂排气系统的排气压力可以达到与大气压的差压为-1330Pa(-10Torr)左右的微小减压。
在排气管16上安装有压力可变阀25。
如图2所示，压力可变阀25具有阀体251，在阀体251上作出导入从处理容器3排出的气体的导入口252，收容阀芯255的阀腔253，和与工厂排气系统连接的排气口254。为了保护位于阀芯255上方的压力可变阀25的结构部件不受腐蚀性气体的侵害，设有一个波纹管256。波纹管256的下端与阀芯255的上表面气密地连接，波纹管256的上端，与阀腔253的顶壁气密地连接。
阀芯255通过杆257，与装在气缸258内的活塞259连接。在气缸258上作出给气口261a和排气口261b，它们可向活塞259下方的气缸室内空间260给气和排气。电空比例阀262通过给气口261a和排气口261b，控制空间260内的压力。活塞259常时由弹簧263向下加力，相应于空间260内的压力而升降。
当压力可变阀25完全关闭时，阀芯255落在阀座251a上。这时，为了使阀芯255和阀座251a之间完全密封(阀关闭)，将O型圈255a装在阀芯255上。阀座251a的表面形状，与大致为圆锥台形状的阀芯255的外表面形状大致相同。
当从控制部32发出的控制信号输入压力可变阀25的电空比例阀262中时，通过电空比例阀262控制空间260内的压力，可调节阀芯255的位置(调节开度)。利用相应于阀芯255和阀座251a之间的间隔，所产生的节流效果，可以调节压力可变阀25上游的排气系统15内的排气压力和处理容器3内的压力。图2所示结构的压力可变阀25，可以非常精密地调节阀的开度，而且响应性好。另外，由于阀芯255和阀座251a的形状，即使产生结露，水滴也难以附着在阀芯255和阀座251a接触部分附近。因此，不需要为了对付结露而导入大气或惰性气体(进行也可以)。因此，整个排气系统15结构简单，成本降低。
差压计23和压力可变阀25，为了经受严酷的腐蚀环境，其与气体接触的表面由非金属的耐腐蚀材料，例如耐腐蚀性树脂，优选为氟树脂制成。
在工厂的排气系统中，通常由于连接多台热处理装置1，不仅吸引能力低，而且压力有变动。为了解决这个问题，在排气管16的压力可变阀25的下游，安装有喷射器26。如图3所示，喷射器26具有串联配置的多个(两个)喷射器部件26a，26b。排气管16在喷射器部件26a，26b的上游分支成两根管，这两根管分别与两个喷射器部件26a，26b连接。空气或惰性气体，例如N2气，作为工作气体，通过电空调节器27，导入第一级喷射器部件26a中；这样，第一级喷射器部件26a吸引从排气管16排出的气体。第二级喷射器部件26b中导入从第一级喷射器部件26a排出的气体，这样，第二级喷射器部件26b吸引从排气管16排出的气体。从第二级喷射器部件26b排出的气体排出至工厂排气系统中。这样，利用多级式喷射器26，可以消耗少量的工作气体，而得到在大气压变动以上的排气能力。
电空调节器27根据从装置控制器28发出的控制信号，调节工作气体的流量，可使排气管16内的排气压力达到必要的压力。例如，将每分钟40升的作为工作气体的空气或氮气送入喷射器26中，可得到相对于大气压为-133hPa(-100Torr)的减压排气。利用电空调节器27，调节通入喷射器26的供给气体流量，可以提供节能型的热处理装置。
使压力可变阀25和喷射器26旁通的旁通管29，与排气管16连接，在该旁通管29上安装开闭阀30。开闭阀30通常是关闭的。但当例如停电时，压力可变阀25自动关闭时，它成为将导入处理容器3内的惰性气体例如氮气排出的打开阀。
在热处理装置1中，还设有利用绝对压力检测大气压的气压计31。气压计31设置在热处理装置1的设置场所。差压计23和气压计31的检测信号输入控制部(阀控制部)32中。控制部32，根据这两个信号，修正差压计23的检测压力(得到排气压力的绝对压力)，再根据修正的检测压力，控制压力可变阀25，使排气系统15(压力可变阀25的上游)达到规定的排气压力。
利用图中没有示出的装置控制器28的操作板，设定热处理装置1的处理压力。该设定压力从装置控制器28输入控制部32中。采用该装置控制器28，可在例如904～1037hPa(680～780Torr)的范围内设定处理压力，该设定压力可作为0-5V的电压信号输入控制部32中，作为气压计31，优选使用测定范围为800-1100hPa，测定值可以0-5V范围的电压信号输出的气压计。
这里，只考虑利用差压计23的检测信号控制压力可变阀25的情况。设定热处理装置1的设置场所的大气压力A为1010hPa(760Torr)，处理压力(设定压力)B为931hPa(700Torr)。这时，利用差压计23检测压力可变阀25上游的排气系统15内的排气压力C，控制部32控制压力可变阀25的开度，使排气压力C达到设定压力B。差压计23利用与大气压A的差压(C-A)检测排气压力C。在热处理中，因为天气变化，例如接近低气压，使大气压力A变成931hPa(700Torr)时，差压计23的检测压力也变动。这样，由于以变动的检测压力为基础，控制排气压力，因此，在半导体晶片W表面上形成的氧化膜的膜厚变化。
为了防止这点，本发明的热处理装置1中，利用气压计31检测这时的大气压931hPa(700Torr)，根据该检测信号，控制部32修正差压计23的检测压力。这样，控制部32控制压力可变阀25的开度，使排气系统15的排气压力为931hPa(700Torr)。这样，根据排气压力的绝对压力进行控制，不管天气变化、即气压变化与否，可以经常保持排气系统15的排气压力、即处理容器3内的压力一定，可靠地得到所希望的氧化膜膜厚。
通常，如图1概略地所示，在半导体制造工厂中设置多台热处理装置1(热处理装置1-1，装置1-2，装置1-3……装置1-n)。优选这些多台热处理装置1使用一个共同的气压计31，将该气压计31的检测信号输入各个热处理装置的控制部32中。这样，可以抑制或防止装置之间的膜厚偏差。
在热处理装置1中，气体导入系统和排气系统的管路连接部分和处理炉的盖的密闭部分，用密封件优选为O形圈气密地连接较好。图1中表示利用装在盖6中的O形圈6a密封盖6和处理容器3之间的实施例。这样，可以提高处理容器3的气密性，即使在常压处理或微减压处理以外的处理，例如弱减压处理或升压处理的情况下，大气不会侵入处理容器3内，且气体不会从处理容器3泄漏。特别是，为了提高阳压处理时的密封性，优选在盖6的下部(例如，标号6b所示位置)设置弹簧件。这样，即使O形圈6a弹力稍有减弱，仍可维持气密状态。
另外，排气压力控制的结构也不限于图1所示。如图4所示，不使用压力可变阀25，只使用喷射器26和电空调节器27，进行排气压力控制也可以。在这种情况下，控制部32根据使用差压计23和气压计31检测的绝对排气压力，控制电空调节器27，这样来调整排气压力。
以上，根据附图详细说明了本发明的实施方式，但本发明不限于上述实施方式，在不偏离本发明的精神的范围内，可对设计作各种变更。处理炉不限于纵型炉，卧式炉也可以。另外，也不限于批量式，单片式也可以。作为被处理体，除了半导体晶片以外，例如LCD基片或玻璃基片也可以。水蒸汽供给装置也不限于触媒式，燃烧式，气化器式，沸腾式等也可。另外，热处理装置不限于进行氧化处理，也适用于进行扩散处理，CVD处理，退火处理等。
Claims (8)
1.一种热处理装置，其特征为，具有：
放置被处理体的处理炉；
将处理气体供给所述处理炉内的处理气体供给系统；
加热所述处理炉的加热器；
具有用于排出所述处理炉内的气体的排气通路的排气系统；
调节所述排气通路内的排气压力的排气压力调节装置；
将所述排气通路内的排气压力作为与大气压的差压而检测的差压计；
将所述大气压作为绝对压力而检测的气压计；以及
根据由所述差压计检测的排气压力和由所述气压计检测的大气压得出的作为绝对压力的排气压力，控制所述排气压力调节装置的控制部，
所述差压计通过使所述处理炉向大气开放，而可调节零点。
2.如权利要求1所述的热处理装置，其特征为，所述排气压力调节装置包含可调节排气压力的压力可变阀。
3.如权利要求2所述的热处理装置，其特征为，所述压力可变阀可以遮断所述排气通路内的排出气体的流动。
4.如权利要求2所述的热处理装置，其特征为，还具有对排气压力进行减压的喷射器。
5.如权利要求1所述的热处理装置，其特征为，所述排气压力调节装置包含喷射器和调节供给所述喷射器的工作气体流量的调节器。
6.如权利要求1所述的热处理装置，其特征为，所述排气通路与微减压的工厂排气系统连接，在所述排气通路中设置喷射器。
7.如权利要求6所述的热处理装置，其特征为，所述排气压力调节装置包含压力可变阀。
8.一种热处理装置组，其特征为，它具有多台如权利要求1所述的热处理装置，在该多台热处理装置中共用一个气压计。
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